JP2019522726A - 曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼 - Google Patents

曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼 Download PDF

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Abstract

【課題】ステンレス鋼の曲げ加工性を向上させることができるオーステナイト相とフェライト相の二相組織を有するリーン二相ステンレス鋼を提供する。【解決手段】本発明は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：３．５〜６．５％、Ｃｒ：１８．５〜２２．５％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、残部がＦｅおよびその他不可避な不純物からなり、Ｃｒ＋Ｍｎ：２６．０〜２８．５％であり、Ｃｒ／Ｍｎ：３．４〜４．１であることを特徴とする。本発明はＮｉ：０．５以下、Ｃｕ：０．５以下、Ｍｏ：０．５以下を含むことを特徴とする。本発明は、微細組織内のフェライト基地組織の体積分率が５０〜７５％であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼に係り、より詳しは、ステンレス鋼の曲げ加工性を向上させることができるオーステナイト相とフェライト相の二相組織を有する曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼に関する。
一般的に、加工性と耐食性が良好なオーステナイト系ステンレス鋼は、鉄（Ｆｅ）を 素地金属として、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）を主要な原料として含有しており、モリブデン（Ｍｏ）および銅（Ｃｕ）等のその他の元素を添加して、各種用途に合うように多様な鋼種に開発されている。
耐食性および加工性に優れた３００系ステンレス鋼は、高価な原料であるＮｉ、Ｍｏ等を含んでいるため、これの代替材として４００系ステンレス鋼が議論されたこともあるが、成形性が３００系ステンレス鋼に達しないという問題点が存在する。成形量が多い熱／冷延材よりは相対的に成形が少ない厚板では、使用環境に応じて４００系水準の耐食性でも適用が可能であるが、４００系ステンレス鋼の低レベルの衝撃特性および溶接部などのため厚板としての使用に多くの制約が伴う。
一方、オーステナイト相とフェライト相が混合した二相ステンレス鋼は、オーステナイト系およびフェライト系が有するすべての長所を有しており、現在まで多様な種類の二相ステンレス鋼が開発されている。
合金元素Ｎｉ、Ｍｏ等は、高価である短所を有するため、低価格なステンレス鋼に対する関心が着実に増加している。その結果として、高価な合金元素の含量が低いリーン合金（ｌｅａｎ ａｌｌｏｙ）を開発する試みが増大している。微細組織がフェライト相とオーステナイト相から構成される二相（ｄｕｐｌｅｘ）ステンレス鋼においてもこのような傾向が確認される。
特許文献１は、低いＮｉ含量と高いＮ含量を特徴とするオーステナイト−フェライト系ステンレス鋼に関するものであって、オーステナイト相の安定度を制御して、高強度特性を保有しながらも、延伸率が高くなるように、リーン二相（ｌｅａｎ ｄｕｐｌｅｘ）ステンレス鋼を製造することを特徴とする。リーン二相ステンレス鋼は、耐食性に優れ、二相組織の形成による粒界サイズの微細化効果で高強度特性を保有して、その用途が次第に増大している傾向にある。
ステンレス装飾管（ｏｒｎａｍｅｎｔａｌ ｔｕｂｅ）や構造管（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｕｂｅ）は、その適用用途に応じて多様な形態が存在し、また、要求される材質（耐食性および成形性）も多様である。したがって、４００系、２００系、そして３００系ステンレス鋼がその形状および材質要件に応じて使用されており、低価格な４００系と２００系ステンレス鋼が主に使用されている。
リーン二相ステンレス鋼は、優れた耐食性によって室外の装飾管の用途だけでなく、高強度特性によって構造管にも適用が期待されるが、４００系と２００系ステンレス鋼に比べて相対的に価格が高価であり、曲げ時にクラックが発生し易い短所があるため、その使用が制限されてきた。したがって、４００系と２００系ステンレス管（ｔｕｂｅ）を代替するためには、高価な合金元素の使用をさらに低減する必要があり、特に矩形の形状などの複雑な断面形状を有するチューブ（ｔｕｂｅ）の製作が可能となるように曲げ加工性の確保が必須である。
韓国特許公開第１０−２００９−０００５２５２号公報
本発明の目的とするところは、二相ステンレス鋼の成分系のうちＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等高価な合金元素の含量を最小化し、Ｃｒ、Ｍｎの合計および比率を最適化して、ステンレス鋼の曲げ加工性を向上させることができるオーステナイト相とフェライト相の二相組織を有するリーン二相ステンレス鋼を提供することである。
本発明は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：３．５〜６．５％、Ｃｒ：１８．５〜２２．５％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、残部がＦｅおよびその他不可避な不純物からなり、
Ｃｒ＋Ｍｎ：２６．０〜２８．５％であり、Ｃｒ／Ｍｎ：３．４〜４．１であることを特徴とする。
本発明はＮｉ：０．５以下、Ｃｕ：０．５以下、Ｍｏ：０．５以下を含むことを特徴とする。
本発明は、微細組織内のフェライト基地組織の体積分率が５０〜７５％であることを特徴とする。
前記ステンレス鋼の延伸率は、３０〜４０％であることを特徴とする。
本発明によれば、二相ステンレス鋼の成分系のうちＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等の合金成分を不純物として管理し、これらの成分を最小化または排除して資源を節約することができ、二相ステンレス鋼の製造コストを最小化することができる。
また、Ｃｒ、Ｍｎの合計および比率を最適化して、ステンレス鋼の曲げ加工性を向上させることができる。
本発明の実施例によるリーン二相ステンレス鋼を利用して１８０°曲げ加工後の加工表面を撮影した写真である。 本発明の比較例によるリーン二相ステンレス鋼を利用して１８０°曲げ加工後の加工表面を撮影した写真である。
本発明の一実施例による曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：３．５〜６．５％、Ｃｒ：１８．５〜２２．５％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、残部が鉄（Ｆｅ）およびその他不可避な不純物からなり、Ｃｒ＋Ｍｎ：２６．０〜２８．５％であり、Ｃｒ／Ｍｎ：３．４〜４．１である。
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例のみに限定されず、他の形態で具体化されることもできる。図面は、本発明を明確にするために、説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素の大きさを多少誇張して表現することができる。
本発明の一実施例による曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：３．５〜６．５％、Ｃｒ：１８．５〜２２．５％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、残部が鉄（Ｆｅ）およびその他不可避な不純物からなる。
Ｃの含量は、０．０１〜０．０６％である。
Ｃは、オーステナイト相形成元素であって、Ｎｉ等のような高価の元素の代わりに使用することができ、固溶強化による材料強度の増加に有効な元素である。
Ｃを過多添加する場合、素材の製造時に中心部に偏析および粗大な炭化物を形成して、後工程である熱間圧延−焼鈍−冷間圧延−冷延焼鈍工程に悪影響を及ぼし、フェライト−オーステナイト相の境界で耐食性に有効なＣｒのような炭化物形成元素と容易に結合して、結晶粒界の周囲のＣｒ含量を低減して耐腐食抵抗性を減少させるので、耐食性を最大化するためには、０．０６％以下の範囲内で添加することが好ましい。したがって、Ｃの含量を０．０１〜０．０６％の範囲に限定することが好ましい。
Ｓｉの含量は、０．２〜１．０％である。
Ｓｉは、脱酸効果のために一部添加され、フェライト相形成元素であって、焼鈍熱処理時にフェライトに濃化する元素である。
Ｓｉは、適正なフェライト相分率を確保するために０．２％以上添加しなければならない。しかしながら、１．０％超過の過多添加は、フェライト相の硬度を急激に増加させて延伸率を低下させ、製鋼時にスラグ流動性を低下させ、酸素と結合して介在物を形成して耐食性を低下させる。したがって、Ｓｉの含量を０．２〜１．０％の範囲に限定することが好ましい。
Ｍｎの含量は、３．５〜６．５％である。
Ｍｎは、溶湯流動性の調節、脱酸剤および窒素固溶度を増加させる元素であり、オーステナイト形成元素であって、高価のＮｉに代わりに添加される。
Ｍｎが３．５％未満でＮｉ、Ｃｕを不純物として管理する場合、他のオーステナイト形成元素であるＮ等の含量を調節しても、適正なオーステナイト相分率を確保しにくい。Ｍｎが６．５％超過である場合、耐食性の確保が困難になり、オーステナイト相の過多によって相分率の制御が難しくなる。したがって、Ｍｎの含量を３．５〜６．５％の範囲に限定することが好ましい。
Ｃｒの含量は、１８．５〜２２．５％である。
Ｃｒは、Ｓｉと共にフェライト相の安定化元素であって、フェライト相の確保に主な役割をするだけでなく、耐食性を確保するために必須的に添加される元素である。
Ｃｒの含量を増加させると、耐食性が増加するが、相分率を維持するために高価のＮｉや、その他オーステナイト形成元素の含量を増加させなければならない。したがって、Ｃｒの含量を１８．５〜２２．５％の範囲に限定することが好ましい。
Ｎの含量は、０．０５〜０．２５％である。
Ｎは、Ｃ、Ｎｉと共にオーステナイト相の安定化に大きく寄与する元素であり、焼鈍熱処理時にオーステナイト相に濃化が発生する元素の一つである。
Ｎの含量を増加させる場合、付随的に耐食性の増加および高強度化を図ることができる。しかしながら、Ｎの含量が過度である場合、窒素固溶度の超過によって鋳造時に窒素ポア（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｐｏｒｅ）の発生による表面欠陥を誘発して、鋼の安定した製造が困難になる。したがって、Ｎの含量は、０．０５〜０．２５％の範囲に限定することが好ましい。
例えば、本発明の一実施例によるリーン二相ステンレス鋼の含量は、Ｎｉ：０．５以下、Ｃｕ：０．５以下、Ｍｏ：０．５以下とする。
Ｎｉは、Ｍｎ、ＣｕおよびＮと共にオーステナイト安定化元素であって、オーステナイト相の安定度の増大に主な役割を有する。
しかしながら、コストを低減するためには、高価なＮｉ含量を最大限減少させる代わりに、他のオーステナイト相形成元素であるＭｎとＮを増加させて、Ｎｉの低減による相分率の均衡を十分に維持することができる。高価なＮｉによる製品の製造費用が上昇するのを防止するためには、これを添加しないことが好ましい。したがって、Ｎｉの含量は、不純物としての含量を考慮して０．５％以下（０を含む）に制限する。
Ｃｕは、加工誘起マルテンサイト相の生成に起因する加工硬化を抑制し、オーステナイト系ステンレス鋼の軟質化に寄与する元素である。
しかしながら、コストを低減するためには、高価なＣｕによる製品の製造費用が上昇するのを防止するため、これを添加しないことが好ましい。したがって、Ｃｕの含量は、不純物としての含量を考慮して０．５％以下（０を含む）に制限する。
Ｍｏは、Ｃｒと共にフェライトを安定化しつつ、耐食性の改善に非常に有効な元素である。
しかしながら、コストを低減するためには、非常に高価のＭｏによる製品の製造費用が上昇するのを防止するため、これを添加しないことが好ましい。したがって、Ｍｏの含量は不純物としての含量を考慮して０．５％以下（０を含む）に制限する。
すなわち、本発明の一実施例による二相ステンレス鋼の成分系のうちＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等の合金成分を不純物として管理して、これらの成分を最小化または排除して、資源を節約することができ、二相ステンレス鋼の製造コストを最小化することができる。したがって、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏの含量がそれぞれ０．５％を超過する場合、高価の金属であるＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏの含量が増加して、製造コストが増加するという問題点がある。
それだけでなく、本発明の一実施例による二相ステンレス鋼は、Ｃｒ＋Ｍｎ：２６．０〜２８．５％であり、Ｃｒ／Ｍｎ：３．４〜４．１である。
本発明は、４００系と２００系ステンレス装飾管を代替するための低価のリーン二相ステンレス鋼の組成に関する。本発明の発明者らは、高価の合金元素であるＮｉ、ＣｕおよびＭｏを目標成分でない不純物として含む低価のリーン二相ステンレス鋼の成形性を研究したところ、引張試験により測定される延伸率がかえって低い特性を有するステンレス鋼が、延伸率が高い特性を有するステンレス鋼に比べて、優れた曲げ加工性を有する特異な現象を知見した。
このような特異な現象から、ＣｒおよびＭｎの合計を質量％で２６．０〜２８．５％であり、ＣｒとＭｎの比Ｃｒ／Ｍｎを３．４〜４．１であるように組成された特定の範囲によって限定される成分鋼のみにおいて優れた曲げ加工性が具現されることが分かった。
すなわち、本発明は、ＣｒおよびＭｎの合計を質量％で２６．０〜２８．５％、ＣｒとＭｎの比Ｃｒ／Ｍｎを３．４〜４．１に制御して、曲げ加工時に優れた成形特性を有する低価のステンレス鋼を提供することができる。
例えば、本発明の一実施例によるリーン二相ステンレス鋼は、微細組織内にフェライト基地組織の体積分率が５０〜７５％であってもよい。前記フェライト基地組織の体積分率が５０％未満である場合、十分な耐食性を得ることができず、７５％超過である場合、オーステナイト組織の分率が減少して、これに伴い、十分な加工性を得ることができないという問題点がある。
例えば、本発明の一実施例によるリーン二相ステンレス鋼の延伸率は、３０〜４０％であってもよい。
前記延伸率が３０％未満である場合、加工性が低下する問題点があり、４０％超過である場合、曲げ加工時にクラックが発生する問題点がある。一般的に、延伸率が増加する場合、加工性が増加するものと見なされて、曲げ加工性もやはり増加するものと予想されるが、本発明の成分系およびＣｒおよびＭｎの合計および比率を満たす場合には、かえって延伸率が４０％を超過して増加する場合、曲げ時にクラックが発生するという問題点がある。
本発明の一実施例によるリーン二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：３．５〜６．５％、Ｃｒ：１８．５〜２２．５％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、Ｎｉ：０．５以下、Ｃｕ：０．５以下、Ｍｏ：０．５以下、残部が鉄（Ｆｅ）およびその他不可避な不純物であり、Ｃｒ＋Ｍｎ：２６．０〜２８．５％であり、Ｃｒ／Ｍｎ：３．４〜４．１である二相ステンレス鋼スラブを熱間圧延し、熱延鋼板を１，０５０〜１，１５０℃の温度で熱延焼鈍熱処理し、その後、冷間圧延、冷延鋼板を１，０５０〜１，１５０℃の温度で冷延焼鈍熱処理し、酸洗処理して、二相ステンレス鋼を製造する。
前記組成のリーン二相ステンレス鋼スラブは、通常の方法で厚板圧延することができ、熱延鋼板は、厚さが４〜２０ｍｍであってもよい。例えば、前記熱延鋼板は、１，０５０〜１，１５０℃の温度で３０秒〜６０分間焼鈍熱処理することができる。
その後、熱延鋼板は、通常の方法で冷間圧延することができ、冷延鋼板は、厚さが０．１〜５ｍｍであってもよい。例えば、前記冷延鋼板は、１，０５０〜１，１５０℃の温度で１０秒〜６０分間焼鈍熱処理することができる。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
発明鋼および比較鋼
下記表１の各発明鋼および比較鋼による成分系を含むように、それぞれ、真空誘導溶解炉で厚さ１４０ｍｍの５０ｋｇのインゴットの形態で鋳造した。鋳造されたインゴットは、１，２５０℃の加熱炉で３時間熟熱過程を経た後、板幅２００ｍｍ、厚さ４ｍｍで熱間圧延し、熱間圧延後に空冷した。空冷された熱間圧延板に対して１，１００℃の温度で１分間熱延焼鈍を行い、酸洗後に厚さ１．５ｍｍまでそれぞれ冷間圧延された。冷間圧延板は、１，１００℃の温度で３０秒間冷延焼鈍され、酸洗を経て二相ステンレス冷延鋼板試験片を製造した。
素材のフェライト分率は、厚さ４ｍｍの熱延焼鈍状態の素材に対してフェライトスコープを使用して計測した。フェライトスコープは、素材の磁性を活用してフェライト相の分率を測定する機器であり、Ｆｉｓｈｅｒ社の「Ｆｅｒｒｉｔｅｓｃｏｐｅ ＭＰ３０」を使用してフェライト分率を測定し、下記表２に示した。
厚さ１．５ｍｍの冷延焼鈍板から圧延に垂直な方向に長さ１８０ｍｍ、幅２０ｍｍの試験片を加工して曲げ試験片に使用した。曲げ試験は、まず、エッジの半径が１．５ｍｍであるパンチ（ｐｕｎｃｈ）を使用して大きさ１０ｔｏｎの力（ｆｏｒｃｅ）で９０° 曲げを行い、その後、１８０°までの曲げをさらに行った。１８０°曲げ試験の結果、試料の破断有無を観察し、その結果を下記表２に示した。
比較例および発明例の鋼に対する引張実験の結果を下記表２に示した。引張試験は、 厚さ１．５ｍｍの冷延焼鈍板から圧延方向と垂直にゲージ長５０ｍｍ、幅１２．５ｍｍの試験片を採取して、分当たり２０ｍｍの引張速度で常温引張試験を行った。試料別にそれぞれ５回の引張試験を行った後の材質特性を下記表２に示した。
表１および表２を参照すると、本発明の発明鋼は、曲げクラックが発生しなかったが、比較鋼では、いずれも、曲げクラックが発生することが分かる。
図１は、本発明の発明例によるリーン二相ステンレス鋼を利用して１８０°曲げ加工後の加工表面を撮影した写真である。図２は、本発明の比較例によるリーン二相ステンレス鋼を利用して１８０°曲げ加工後の加工表面を撮影した写真である。
具体的に、図１は、発明鋼１に対する１８０°曲げ加工後の加工表面を示す写真であり、図２は、比較鋼６に対する１８０°曲げ加工後の加工表面を示す写真である。
すなわち、図１を参照すると、曲げ加工後にも、クラックが発生しなくて、曲げ加工特性に優れていることを確認することができる。図２を参照すると、曲げ加工により表面クラックがひどく発生していることが分かる。
表２を参照すると、引張試験によるステンレス鋼の延伸率が高くても、本発明におけるＣｒ＋ＭｎおよびＣｒ／Ｍｎのパラメーターを満足しない場合には、曲げ加工性が低下することが分かる。
より具体的に、比較鋼２および比較鋼４の場合、それぞれ、延伸率が４５．１％、４３．７％であって、他の鋼に比べて延伸率が最も優れているが、１８０°曲げ加工後に、いずれもクラックが発生することが分かる。したがって、これは、本発明において目的とするように、ＣｒおよびＭｎに関するパラメーター、すなわち、Ｃｒ＋ＭｎおよびＣｒ／Ｍｎの制御が曲げ加工性を確保するのに最も重要であることが分かる。
したがって、二相ステンレス鋼の優れた曲げ加工性を確保するためには、成分元素であるクロムとマンガンの合計Ｃｒ＋Ｍｎが質量％で２６．０〜２８．５％であり、質量％でクロムとマンガンの比Ｃｒ／Ｍｎが３．４〜４．１に制御されなければならないことが分かる。
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
本発明の実施例による曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼は、曲げ加工性に優れていて、で室外装飾管または室内構造管など多様に適用可能である。

Claims (4)

  1. 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：３．５〜６．５％、Ｃｒ：１８．５〜２２．５％、Ｎ：０．０５〜０．２５％、残部がＦｅおよびその他不可避な不純物からなり、
    Ｃｒ＋Ｍｎ：２６．０〜２８．５％であり、Ｃｒ／Ｍｎ：３．４〜４．１であることを特徴とする曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼。
  2. Ｎｉ：０．５以下、Ｃｕ：０．５以下、Ｍｏ：０．５以下を含むことを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼。
  3. 微細組織内のフェライト基地組織の体積分率が５０〜７５％であることを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼。
  4. 前記ステンレス鋼の延伸率は、３０〜４０％であることを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工性に優れたリーン二相ステンレス鋼。
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